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DE10344860B4 - Heating device for a cooking appliance - Google Patents

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DE10344860B4
DE10344860B4 DE10344860A DE10344860A DE10344860B4 DE 10344860 B4 DE10344860 B4 DE 10344860B4 DE 10344860 A DE10344860 A DE 10344860A DE 10344860 A DE10344860 A DE 10344860A DE 10344860 B4 DE10344860 B4 DE 10344860B4
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dielectric layer
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Electrolux Home Products Corp NV
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Abstract

Cooking apparatus heating device having:at least one electric heating plate (10, 12, 14), electric conductors (16) for supplying the plates, coupled to at least one of the plates, a dielectric layer in contact on one side with conductors (16), while the other side makes direct contact with the plates. Independent claims are included for: (1) a cooking apparatus with at least one heating plate; (2) a process for preparation of the cooking apparatus by mixing a sol/gel solution with up to 90 wt.% of a solution of electrically conductive powder to give a stable dispersion, where the powder is selected from:ceramics, metals, or semiconductors, coating of the dispersion onto a substrate, and stoving of the substrate.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für ein Gargerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Gargerät gemäß dem Patentanspruch 19. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Heizvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 20.The The invention relates to a heating device for a cooking appliance according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a cooking appliance according to the claim 19. Besides The invention relates to a method for producing a heating device according to the claim 20th

Zahlreiche Haushaltsherde umfassen ein Kochfeld oder eine Heizplatte mit einer Heizvorrichtung, die Wärmestrahlung erzeugt. Die Heizvorrichtung wird beispielsweise mit einer Keramikplatte, insbesondere Glaskeramikplatte abgedeckt, die einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.numerous Household stoves include a hob or a hot plate with one Heating device, the heat radiation generated. The heater is used, for example, with a ceramic plate, especially glass ceramic plate covered, which is a very low CTE having.

Die Wärmeübertragung von der Heizvorrichtung, die unterhalb der Glaskeramikplatte angeordnet ist, zu einem Kochgefäß, beispielsweise einer Pfanne oder einem Kochtopf, das auf der Glaskeramikplatte steht, erfolgt über zwei unterschiedliche Wärmetransportvorgänge. Etwa ein Viertel der Energie wird durch direkte Wärmestrahlung von der Heizvorrichtung durch die Glaskeramikplatte auf das Kochgefäß übertragen. Die übrige Energie wird durch Wärmestrahlung von der Heizvorrichtung auf die Unterseite der Glaskeramikplatte übertragen, anschließend erfolgt eine Wärmeleitung von der Unterseite der Glaskeramikplatte zu dessen Oberseite und schließlich wird die Wärme von der Oberseite der Glaskeramikplatte zum Kochgefäß übertragen. Bei voller Leistung kann ein Heizelement der Heizvorrichtung eine Temperatur von etwa 1100°C erreichen, was eine aufwändige Isolierung unterhalb und seitlich der Heizvorrichtung erfordert, um unnötige Energieverluste zu vermeiden. Die hohe Temperatur des Heizelements ist erforderlich, um den Durchgang von Wärmestrahlung durch die Glaskeramikplatte zu gewährleisten, was nur für einen verhältnismäßig engen Frequenzbereich möglich ist. Außerdem muss die Arbeitstemperatur der Glaskeramikplatte weniger als 550°C betragen, was eine Temperaturbegrenzungseinrichtung erfordert, die die Heizvorrichtung bei zu hohen Temperaturen abschaltet. Bei der Arbeitstemperatur ist die Glaskeramik-platte nicht elektrisch isolierend, so dass zwischen der Heizvorrichtung und der Glaskeramikplatte ein elektrisch isolierendes Material und/oder ein Luftspalt angeordnet sein muss. Dies führt dazu, dass die Heizvorrichtung eine Dicke von etwa 3 bis 4 cm aufweist. Im Gegensatz dazu ist die Glaskeramikplatte üblicherweise etwa 4 mm dick.The heat transfer from the heater, which is arranged below the glass ceramic plate is, to a cooking vessel, for example a pan or a saucepan, which is on the glass ceramic plate stands over two different heat transport processes. Approximately a quarter of the energy is generated by direct heat radiation from the heater transferred through the glass ceramic plate on the cooking vessel. The rest of the energy is due to heat radiation transferred from the heater to the bottom of the glass ceramic plate, subsequently a heat conduction takes place from the bottom of the glass ceramic plate to its top, and finally the heat transferred from the top of the glass ceramic plate to the cooking vessel. At full power, a heating element of the heater can Temperature of about 1100 ° C achieve what a lavish Insulation below and to the side of the heater requires to unnecessary To avoid energy losses. The high temperature of the heating element is required to the passage of heat radiation through the glass ceramic plate to ensure, what only for a relatively narrow one Frequency range possible is. Furthermore the working temperature of the glass-ceramic plate must be less than 550 ° C, which requires a temperature limiter that provides the heater switches off to high temperatures. At the working temperature is the glass ceramic plate is not electrically insulating, leaving between the heater and the glass ceramic plate an electrically insulating Material and / or an air gap must be arranged. This leads to, the heating device has a thickness of about 3 to 4 cm. In contrast, the glass ceramic plate is usually about 4 mm thick.

Derartige Heizvorrichtungen für Glaskeramikkochfelder haben den Nachteil, dass die von der Heizvorrichtung erzeugte Wärme nicht optimal genutzt werden kann. Ein weiterer Nachteil ist, dass für die Heizvorrichtung verhältnismäßig viel Platz erforderlich ist.such Heaters for Glass ceramic hobs have the disadvantage that the of the heater generated heat can not be used optimally. Another disadvantage is that for the Heater relatively much Space is required.

In der US 6 225 608 B1 ist eine Heizvorrichtung für ein Gargerät beschrieben, das eine Mehrzahl Flächenstücke zum Erzeugen von Wärme aus elektrischem Strom aufweist. Die Heizvorrichtung umfasst weiterhin elektrische Leiterbahnen zur Stromversorgung der Flächenstücke, die nach einem vorbestimmten Schema mit den Flächenstücken gekoppelt sind. Außerdem weist die Heizvorrichtung eine dielektrische Schicht auf, an deren einer Seite die Leiterbahnen und die Flächenstücke angebracht sind und deren andere Seite für den direkten Kontakt mit einer Heizplatte vorgesehen ist.In the US Pat. No. 6,225,608 B1 For example, a heating apparatus for a cooking appliance having a plurality of sheets for generating heat from electric power is described. The heater further comprises electrical traces for powering the patches coupled to the patches in a predetermined pattern. In addition, the heating device has a dielectric layer, on one side of which the conductor tracks and the surface pieces are attached and whose other side is provided for direct contact with a heating plate.

Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, dass eine gleichmäßige Temperaturverteilung über der Heizvorrichtung nicht gewährleistet ist. Eine Kreisringfläche wird durch langgestreckte gekrümmte Flächenstücke abgedeckt, deren Längsseiten mit den elektrischen Leiterbahnen gekoppelt sind. Dies hat eine inhomogene Temperaturverteilung innerhalb der gekrümmten Flächenstücke und auch auf der Heizvorrichtung zur Folge.These However, the device has the disadvantage that a uniform temperature distribution over the Heating device not guaranteed is. A circular ring surface is curved by elongated Surface pieces covered, their long sides are coupled to the electrical conductors. This has one inhomogeneous temperature distribution within the curved patches and also on the heater result.

Aus der DE 101 10 792 A1 ist ein keramisches Kochsystem mit Glaskeramikplatte, Isolationsschicht und Heizelementen bekannt. Die Heizelemente sind als Leiterbahnen und als Heizfolien ausgebildet. Die Leiterbahnen sind innerhalb von Isolationssegmenten angeordnet, die die Form eines Kreissektors oder Kreisringsektors aufweisen. Die Heizfolie sind an die Form der Isolationssegmente angepasst.From the DE 101 10 792 A1 is a ceramic cooking system with glass ceramic plate, insulation layer and heating elements known. The heating elements are designed as conductor tracks and heating foils. The conductor tracks are arranged within insulation segments which have the shape of a circular sector or circular ring sector. The heating foil are adapted to the shape of the insulation segments.

In der DE 102 09 080 A1 ist ein Widerstandsheizelement beschrieben, das eine mäanderförmige Leiterbahn aufweist. Die Umwandlung von elektrischem Strom in Wärme erfolgt in der Leiterbahn.In the DE 102 09 080 A1 a resistance heating element is described which has a meandering conductor track. The conversion of electrical current into heat takes place in the conductor track.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizvorrichtung anzugeben, die eine gleichmäßige Temperaturverteilung ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.Of the Invention has for its object to provide a heating device, the uniform temperature distribution allows. This object is achieved by the subject matter of claim 1.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Flächenstücke rechteckig ausgebildet sind und die elektrischen Leiterbahnen mit den ganzen Stirnseiten der Flächenstücke gekoppelt sind.According to the invention, it is provided that the patches rectangular are formed and the electrical conductors with the whole Coupled end faces of the patches are.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrischen Leiterbahnen mit den vollständigen Stirnseiten der rechteckigen Flächenstücke gekoppelt sind. Dies bewirkt pa rallele elektrische Feldlinien und somit eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb der Flächenstücke. Bei rechteckigen Flächenstücken, deren ganze Stirnseiten mit den elektrischen Leiterbahnen gekoppelt sind, lässt sich der elektrische Widerstand und somit die Heizleistung exakt vorausberechnen, so dass eine gewünschte Temperaturverteilung einstellbar ist.The Invention is characterized in that the electrical conductors with the complete Coupled end faces of the rectangular patches are. This causes pa rallele electrical field lines and thus a uniform temperature distribution within the patches. at rectangular patches whose entire faces are coupled to the electrical traces, can the electrical resistance and thus the heat output exactly precalculate, so that a desired Temperature distribution is adjustable.

Unter dem Flächenstück ist ein dreidimensionaler Körper zu verstehen, dessen räumliche Ausdehnung entlang einer ersten Richtung klein ist gegenüber den räumlichen Ausdehnungen entlang den anderen beiden Richtungen, die zur ersten Richtung orthogonal sind. Durch den direkten Kontakt zwischen der Wärmequelle und der Heizplatte wird der Wärmestrahlungsverlust verhindert. Bei der Heizplatte handelt es sich beispielsweise um eine Kochplatte, die insbesondere aus Glaskeramik oder Gusseisen hergestellt sein kann. Ebenso kann die Heizplatte als Wand eines Garraums, beispielsweise eines Backofens ausgebildet sein. Dadurch kann die maximale Temperatur der Heizvorrichtung gegenüber dem Stand der Technik auf etwa 450°C herabgesetzt werden. Dies führt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads. Versuche haben gezeigt, dass Wirkungsgrade von bis zu 80% gemäß der Norm IEC 350 (1970) erreicht werden können. Auf jeden Fall lässt sich ein Wirkungsgrad von 70% erreichen. Die Heizvorrichtung gemäß der Erfindung hat weiterhin den Vorteil, dass die Heizplatte samt Heizvorrichtung besonders flach ausgebildet sein kann, da der Luftspalt zwischen Heizplatte und Heizvorrichtung und eine dicke Isolierung nicht erforderlich sind. Aufgrund dieser Bauweise lässt sich das Kochfeld oder der Backofen besonders schnell erwärmen und die gewünschten Temperaturen sind schnell einstellbar.Under the surface piece is a three-dimensional body to understand its spatial Expansion along a first direction is small compared to the spatial Expansions along the other two directions leading to the first Direction are orthogonal. Due to the direct contact between the heat source and the hot plate becomes the heat radiation loss prevented. The hot plate is for example a hotplate made in particular of glass ceramic or cast iron can be. Likewise, the heating plate as a wall of a cooking chamber, for example be formed of a baking oven. This allows the maximum temperature the heater opposite reduced to about 450 ° C in the prior art. This leads to an increase the efficiency. Experiments have shown that efficiencies of up to 80% according to the standard IEC 350 (1970) can be achieved. In any case leaves achieve an efficiency of 70%. The heating device according to the invention has the further advantage that the heating plate including heater may be particularly flat, since the air gap between Heating plate and heater and a thick insulation is not required are. Because of this construction leaves the hob or the oven heat up very quickly and the desired temperatures are quickly adjustable.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Flächenstücke im Wesentlichen aus Graphit hergestellt sind. Dabei handelt es sich um ein kostengünstiges und leicht verarbeitbares Material, das geeignete spezifische elektrische Widerstandswerte aufweist.Preferably it is envisaged that the patches will be substantially made of graphite. It is a cost effective and easily processable material, the appropriate specific electrical Has resistance values.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Flächenstücke einen Flächenwiderstand zwischen 5 und 200 Ohm aufweisen. Mit solchen Widerstandswerten lassen sich bei üblichen elektrischen Spannungen die gewünschten Temperaturwerte und Heizleistungen erzielen.For example can be provided that the patches a sheet resistance between 5 and 200 ohms. With such resistance values can be at usual electrical voltages the desired Achieve temperature values and heat outputs.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leiterbahnen aus Metall hergestellt sind. Metalle haben einen verhältnismäßig niedrigen elektrischen Widerstandswert, so dass die Wärmeverluste gering gehalten werden und keine Erwärmung an solchen Stellen erfolgt, an denen dies nicht erwünscht ist.at the preferred embodiment it is envisaged that the tracks are made of metal. Metals have a relatively low level electrical resistance, so that the heat losses kept low be and no warming takes place in places where this is not desirable.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Leiterbahnen aus Aluminium, Gold, Silber und/oder dergleichen Metallen hergestellt sind. Diese Metalle sind besonders unempfindlich gegenüber Korrosion.Especially can be provided that the tracks made of aluminum, gold, Silver and / or similar metals are produced. These metals are particularly insensitive to corrosion.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Leiterbahnen einen Flächenwiderstand von weniger als 200 Milliohm aufweisen. Mit diesen Widerstandswerten lassen sich unnötige Energieverluste und unerwünschte Aufheizungen verhindern.Farther is provided that the interconnects a sheet resistance of less than 200 milliohms. Leave with these resistance values unnecessary Energy losses and unwanted Prevent heating.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die dielektrische Schicht aus Keramikpulver und einer Sol-Gel-Lösung hergestellt ist. Damit lässt sich eine geeignete Mischung zusammenstellen, um die gewünschten elektrischen und mechanischen Eigenschaften der dielektrischen Schicht zu erhalten.at the preferred embodiment is provided that the dielectric layer of ceramic powder and a sol-gel solution is. Leave it to put together a suitable mixture to the desired electrical and mechanical properties of the dielectric layer to obtain.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Keramikpulver ein oder mehrere Metalloxide, Metallnitride, Metallkarbide und/oder dergleichen umfasst. Dazu sind beispielsweise Aluminiumoxid oder Siliziumoxid sowie Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid geeignet.Especially it can be provided that the ceramic powder contains one or more metal oxides, metal nitrides, Metal carbides and / or the like. These are for example Alumina or silica and aluminum nitride or silicon nitride suitable.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Sol-Gel-Lösung eine oder mehrere Siliziumverbindungen umfasst. Damit ist die dielektrische Schicht kostengünstig und auf einfache Weise herstellbar. Entsprechende Verfahren zum Aufbringen der dielektrischen Schicht sind in den internationalen Anmeldungen WO 96/29447 A1 und WO 02/72495 A2 beschrieben.Furthermore, it can be provided that the sol-gel solution comprises one or more silicon compounds. Thus, the dielectric layer is inexpensive and easy to produce. Corresponding methods for applying the dielectric layer are in the international applications WO 96/29447 A1 and WO 02/72495 A2 described.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die dielektrische Schicht auf einem Substrat aufgebracht ist. Damit lassen sich besonders dünne dielektrische Schichten mit den gewünschten Eigenschaften herstellen. Versuche, insbesondere der Hochspannungstest gemäß dem Standard IEC 335-2-6, haben gezeigt, dass bei Kochfeldern eine Schichtdicke von beispielsweise 500 μm ausreichend ist, um die Anforderungen zu erfüllen.Farther it is envisaged that the dielectric layer on a substrate is applied. This allows very thin dielectric layers with the desired Create properties. Experiments, in particular the high voltage test according to the standard IEC 335-2-6, have shown that cooktops have a layer thickness for example, 500 microns is sufficient to meet the requirements.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die dielektrische Schicht auf der Heizplatte aufgebracht ist. Damit lässt sich mit geringem material-technischen Aufwand ein Kochfeld mit Heizvorrichtung bereitstellen. Dabei kann die dielektrische Schicht unmittelbar auf der Unterseite der Kochplatte aufgebracht sein und auf der dielektrischen Schicht befinden sich die wärmeerzeugenden Flächenstücke und die elektrischen Leiterbahnen. Auf diese Weise lässt sich ein besonders kompaktes Glaskeramikkochfeld mit integrierter Heizvorrichtung bereitstellen. Ebenso lässt sich mit dieser Technologie eine Heiz vorrichtung für einen Backofen bereitstellen. In diesem Fall sind eine oder mehrere Wände des Backofens als Heizplatte ausgebildet oder mit einer Heizplatte bestückt. Damit lässt sich ein Backofen bereitstellen, der einen im Verhältnis zu seinen äußeren Abmessungen großen Innenraum aufweist.Preferably is provided that the dielectric layer on the heating plate is applied. Leave it with a low material-technical effort a hob with Provide heating device. In this case, the dielectric layer be applied directly on the underside of the cooking plate and on the dielectric layer are the heat-generating Patches and the electrical conductors. In this way, a particularly compact Provide a glass ceramic hob with integrated heating device. Likewise can be use this technology to provide a heating device for an oven. In this case, one or more walls of the oven are designed as a heating plate or equipped with a hotplate. Leave it to provide an oven that has a relative to its outer dimensions big interior having.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Heizvorrichtung ein zentrales rechteckiges Flächenstück und wenigstens zwei laterale rechteckige Flächenstücke aufweist, die parallel zueinander und symmetrisch angeordnet sind. Damit lässt sich durch die Abmessungen der Flächenstücke deren ohmscher Widerstand und somit deren Heizleistung beeinflussen, so dass die Temperaturverteilung auf einfache Weise einstellbar.Furthermore, it can be provided that the heating device has a central rectangular area piece and at least two lateral rectangular area pieces which are arranged parallel to one another and symmetrically. This can be through the dimensions of the patches affect their ohmic resistance and thus their heat output, so that the temperature distribution in a simple manner adjustable.

Insbesondere ist vorgesehen, dass das zentrale rechteckige Flächenstück und die wenigstens zwei lateralen rechteckigen Flächenstücke derart dimensioniert und angeordnet sind, dass sie eine Kreisfläche möglichst vollständig abdecken. Da die Kreisfläche meist die bevorzugte Form einer Kochplatte ist, lässt sich auf diese Weise ein möglichst hoher Wirkungsgrad einstellen.Especially is provided that the central rectangular surface piece and the at least two lateral rectangular patches such are dimensioned and arranged so that they have a circular area as possible Completely cover. Because the circular area usually the preferred form of a cooking plate, can be one way possible set high efficiency.

Schaltungstechnisch kann vorgesehen sein, dass die lateralen Flächenstücke miteinander parallel und mit dem zentralen Flächenstück in Reihe geschaltet sind. Dadurch wird eine symmetrische Temperaturverteilung gewährleistet und es besteht weiterhin die Möglichkeit, durch die Wahl der Breiten der Flächenstücke die radiale Temperaturverteilung auf der Kreisfläche zu beeinflussen.circuitry, can be provided that the lateral patches are parallel to each other and with the central patch in series are switched. This will create a symmetrical temperature distribution guaranteed and there is still the possibility by the choice of the widths of the patches the radial temperature distribution on the circular surface to influence.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass die Heizvorrichtung eine Mehrzahl gleichartiger Flächenstücke aufweist, die derart angeordnet sind, um eine Kreisringfläche möglichst vollständig abzudecken. Damit besteht die Möglich keit, innerhalb der Kreisringfläche eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperaturverteilung zu erhalten. Auch die Kreisringfläche ist ein bevorzugter geometrischer Abschnitt für ein Kochfeld.According to one Another aspect may be provided that the heating device a Having a plurality of similar patches, which are arranged so as to cover a circular area as completely as possible. This makes it possible within the circular area a substantially uniform temperature distribution to obtain. The annular surface is a preferred geometric Section for a hob.

Dazu kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die gleichartigen Flächenstücke elektrisch in Reihe und/oder parallel miteinander verschaltet sind, wobei die Reihe stets die gleiche Anzahl Flächenstücke aufweist. Auch dies trägt zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung bei.To may preferably be provided that the similar surface pieces electrically connected in series and / or parallel to each other, wherein the Row always has the same number of patches. This also contributes to one uniform temperature distribution at.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Kreisringfläche konzentrisch mit der Kreisfläche angeordnet ist. Damit lässt ein aus Kreisfläche und Kreisringfläche bestehendes Kochfeld bereitstellen, bei dem die Temperaturverteilung beliebig einstellbar ist.Farther can be provided that the annular surface arranged concentrically with the circular surface is. Leave it one out of circular area and annular surface provide existing hob where the temperature distribution is arbitrarily adjustable.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die Heizvorrichtung eine Vielzahl konzentrischer Kreisringflächen mit jeweils gleichartigen Flächenstücken aufweist. Damit lässt sich ein Kochfeld bereitstellen, das flächen-abschnittsweise ansteuerbar und bei dem eine beliebige gewünschte Temperaturverteilung einstellbar ist.Furthermore it is possible, that the heating device with a plurality of concentric annular surfaces with each having similar surface pieces. Leave it to provide a hob that can be controlled area by section and any desired one Temperature distribution is adjustable.

Gemäß der Erfindung ist weiterhin ein Gargerät vorgesehen, das wenigstens eine Heizplatte und wenigstens eine oben beschriebene Heizvorrichtung aufweist. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Heizvorrichtung lässt sich das Gargerät besonders kompakt ausbilden. Dadurch wird der Platzbedarf gegenüber dem Stand der Technik wesentlich reduziert. Handelt es sich bei dem Gargerät um eine Kochplatte, so lässt sich diese mit der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung besonders flach ausbilden. Handelt es sich bei dem Gargerät um einen Backofen, bei dem eine oder mehrere Seitenwände die er findungsgemäße Heizvorrichtung aufweisen, so lässt sich der Backofen dünnwandig ausbilden. Dies hat den Vorteil, dass der Innenraum des Backofens im Verhältnis zu seinen äußeren Abmessungen verhältnismäßig groß ist. Darüber hinaus hat der Backofen aufgrund der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung einen relativ hohen Wirkungsgrad.According to the invention is still a cooking appliance provided, the at least one hot plate and at least one above having described heating device. Due to the inventive design the heater leaves the cooking appliance especially compact. This will save space compared to the State of the art significantly reduced. Is the cooking appliance one? Hotplate, so lets These with the heater of the invention especially flat. Is the cooking appliance one? Oven, in which one or more side walls he inventive heating device exhibit, so lets the oven is thin-walled form. This has the advantage that the interior of the oven in relation to to its external dimensions is relatively large. Furthermore the oven has a relative due to the heater according to the invention high efficiency.

Für das Verfahren zum Herstellen der Heizvorrichtung für ein Gargerät oder dergleichen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Substrat durch eine Heizplatte gebildet wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die elektrisch leitfähige Schicht unmittelbar auf die Heizplatte aufgebracht. Insbesondere kann dabei das Substrat durch ein Kochfeld gebildet werden. Da das Kochfeld unmittelbar beheizt wird, sind verhältnismäßig niedrige Temperaturen ausreichend, um die erforderliche Kochleistung bereitzustellen. Bei niedrigen Temperaturen wirkt das Glaskeramik-Kochfeld als elektrischer Isolator. Dies hat den Vorteil, dass eine zusätzliche elektrisch isolierende Schicht dünn ausgebildet sein kann oder überhaupt nicht erforderlich ist.For the procedure for producing the heating device for a cooking appliance or the like is provided according to the invention, the substrate is formed by a heating plate. In the method according to the invention becomes the electrically conductive layer applied directly to the heating plate. In particular, it can the substrate can be formed by a hob. Because the hob is heated directly, relatively low temperatures are sufficient, to provide the required cooking performance. At low Temperatures, the glass ceramic hob acts as an electrical insulator. This has the advantage that an additional electrically insulating Thin layer can be trained or at all is not required.

Weitere Merkmale, Vorteile und besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further Features, advantages and particular embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend in der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:A preferred embodiment The invention is described below in the figure description Reference to the attached Drawing closer explained. It shows:

1 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung. 1 a schematic view of a preferred embodiment of the heating device according to the invention.

In 1 ist eine schematische Ansicht einer Heizvorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Die Heizvorrichtung umfasst eine Vielzahl rechteckiger Flächenstücke 10, 12, 14 und elek trische Leiterbahnen 16, die im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind. Sowohl die Flächenstücke 10, 12, 14 als auch die elektrischen Leiterbahnen 16 sind auf einer nicht dargestellten dielektrischen Schicht aufgebracht, die wiederum auf der Unterseite einer Heizplatte eines Glaskeramikkochfeldes aufgebracht ist. Die Flächenstücke 10, 12, 14 sind aus Graphit hergestellt und weisen einen relativ hohen elektrischen Widerstand auf. Vorzugsweise beträgt der elektrische Flächenwiderstand zwischen 5 und 200 Ω pro Flächeneinheit. Über die elektrischen Leiterbahnen 16 sind die Flächenstücke 10, 12, 14 an eine elektrische Stromquelle P, N angeschlossen, wobei P die Phasenanschlüsse und N die Nullleiteranschlüsse darstellen. Die elektrischen Leiterbahnen 16 bestehen aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, Gold, Silber oder dergleichen. Der elektrische Flächenwiderstand der Leiterbahnen 16 beträgt vorzugsweise weniger als 200 mΩ pro Flächeneinheit. Da der elektrische Widerstand der Flächenstücke 10, 12, 14 im Vergleich zu dem der Leiterbahnen 16 verhältnismäßig groß ist, wird nahezu die gesamte elektrische Energie von den Flächenstücken 10, 12, 14 in Wärmeenergie umgewandelt. Da die Flächenstücke 10, 12, 14 besonders flach sind und unmittelbar an der dielektrischen Schicht einer Heizplatte anliegen, ist der Wirkungsgrad besonders hoch. Versuche haben gezeigt, dass bis zu etwa 80% der elektrischen Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird, die auf dem Glaskeramikkochfeld genutzt werden kann. Die maximale Temperatur der Flächenstücke 10, 12, 14 beträgt dabei etwa 450°C. Diese Temperatur reicht aus, da die Flächenstücke 10, 12, 14 sich sehr nahe bei der Glaskeramikkochplatte befinden. Bei herkömmlichen Heizvorrichtungen ist eine Temperatur von etwa 1100°C erforderlich.In 1 a schematic view of a heating device according to the invention is shown. The heater comprises a plurality of rectangular patches 10 . 12 . 14 and electric conductor tracks 16 which are arranged substantially in one plane. Both the patches 10 . 12 . 14 as well as the electrical conductors 16 are applied to a dielectric layer, not shown, which in turn is applied to the underside of a heating plate of a glass ceramic hob. The patches 10 . 12 . 14 are made of graphite and have a relatively high electrical resistance. The electrical sheet resistance is preferably between 5 and 200 Ω per unit area. About the electrical conductors 16 are the patches 10 . 12 . 14 to an electrical Power source P, N connected, where P represent the phase terminals and N represent the neutral terminals. The electrical conductors 16 consist of metal, preferably of aluminum, gold, silver or the like. The electrical surface resistance of the conductor tracks 16 is preferably less than 200 milliohms per unit area. As the electrical resistance of the patches 10 . 12 . 14 in comparison to the conductor tracks 16 is relatively large, almost all the electrical energy from the surface pieces 10 . 12 . 14 converted into heat energy. Because the patches 10 . 12 . 14 are particularly flat and lie directly against the dielectric layer of a hot plate, the efficiency is particularly high. Experiments have shown that up to about 80% of the electrical energy is converted into heat energy that can be used on the glass ceramic hob. The maximum temperature of the patches 10 . 12 . 14 is about 450 ° C. This temperature is sufficient because the patches 10 . 12 . 14 are located very close to the glass ceramic hotplate. Conventional heaters require a temperature of about 1100 ° C.

Die in 1 dargestellte Heizvorrichtung ist für ein Kochfeld vorgesehen, das eine innere Zone 18 und eine äußere Zone 20 umfasst. Die innere Zone 18 hat die Form einer Kreisflä che, während die äußere Zone 20 die Form einer Kreisringfläche hat, so dass die beiden Zonen 18 und 20 zusammen eine vergrößerte kreisförmige Kochfläche bilden. Die innere Zone 18 umfasst drei Flächenstücke, nämlich ein zentrales Flächenstück 10 und zwei laterale Flächenstücke 12. Das zentrale Flächenstück 10 ist etwa doppelt so breit wie die lateralen Flächenstücke 12 ausgebildet. Das zentrale Flächenstück 10 und die beiden lateralen Flächenstücke 12 sind parallel zueinander angeordnet. Hinsichtlich ihrer Abmessungen sind die Flächenstücke 10 und 12 so ausgebildet, dass sie die kreisförmige innere Zone 18 möglichst vollständig abdecken. Die beiden lateralen Flächenstücke 12 sind parallel miteinander verschaltet. Weiterhin sind die beiden lateralen Flächenstücke 12 in Reihe mit dem zentralen Flächenstück 10 verschaltet. Die elektrischen Leiterbahnen 16 sind stets mit den Stirnseiten der Flächenstücke 10 und 12 gekoppelt. Die Verschaltung und die Abmessungen der Flächenstücke 10 und 12 bewirken, dass die Heizleistung und die Temperatur innerhalb der inneren Zone 18 im Wesentlichen gleichmäßig verteilt ist.In the 1 shown heater is provided for a hob, which is an inner zone 18 and an outer zone 20 includes. The inner zone 18 has the shape of a Kreisflä surface, while the outer zone 20 has the shape of a circular area, so the two zones 18 and 20 together form an enlarged circular cooking surface. The inner zone 18 comprises three surface pieces, namely a central surface piece 10 and two lateral patches 12 , The central surface piece 10 is about twice as wide as the lateral patches 12 educated. The central surface piece 10 and the two lateral patches 12 are arranged parallel to each other. With regard to their dimensions, the patches are 10 and 12 designed to be the circular inner zone 18 Cover as completely as possible. The two lateral patches 12 are interconnected in parallel. Furthermore, the two lateral patches 12 in series with the central patch 10 connected. The electrical conductors 16 are always with the front sides of the patches 10 and 12 coupled. The interconnection and the dimensions of the patches 10 and 12 cause the heating power and the temperature inside the inner zone 18 is distributed substantially evenly.

In der äußeren Zone 20, die als Kreisringfläche ausgebildet ist, befinden sich neun rechteckige äußere Flächenstücke 14, die etwa gleichmäßig angeordnet sind. Benachbarte Flächenstücke 14 sind über ihre Stirnseiten elektrisch gekoppelt. Mittels der elektrischen Leiterbahnen 16 sind die neun äußeren Flächenstücke 14 so miteinander verschaltet, dass jeweils drei Flächenstücke 14 miteinander in Reihe und diese Dreiergruppen wiederum parallel miteinander verschaltet sind. Durch die Wahl der Abmessungen der Flächenstücke 14 und deren Verschaltung sind die gewünschte Heizleistung und die Temperaturverteilung festlegbar. Auch die Flächenstücke 14 sind innerhalb der äußeren Zone 20 so angeordnet, dass sie eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Heizleistung und der Temperatur innerhalb der Zone 20 ermöglichen.In the outer zone 20 , which is designed as a circular ring surface, there are nine rectangular outer surface pieces 14 which are arranged approximately evenly. Adjacent patches 14 are electrically coupled via their front sides. By means of electrical conductors 16 are the nine outer patches 14 interconnected so that each three patches 14 together in series and these triplets are in turn connected in parallel with each other. By choosing the dimensions of the patches 14 and their interconnection, the desired heating capacity and the temperature distribution can be determined. Also the patches 14 are within the outer zone 20 arranged so that they give as uniform a distribution of heating power and temperature within the zone 20 enable.

Die dielektrische Schicht ist zwischen den Flächenstücken 10, 12, 14 und den elektrischen Leiterbahnen einerseits und der Unterseite der Glaskeramikkochplatte andererseits angeordnet. Die dielektrische Schicht ist aus einem Keramikpulver und einer Sol-Gel-Lösung hergestellt. Das Keramikpulver umfasst beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Siliziumoxid. Alternativ dazu kann das Keramikpulver auch andere Oxide oder Nitride wie z. B. Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid aufweisen. Die Technologie und die Verfahren zur Herstellung der dielektrischen Schicht sind beispielsweise in den internationalen Anmeldungen WO 02/72495 A2 und WO 96/29447 A1 beschrieben.The dielectric layer is between the patches 10 . 12 . 14 and the electrical conductor tracks on the one hand and the underside of the glass ceramic hotplate on the other hand. The dielectric layer is made of a ceramic powder and a sol-gel solution. The ceramic powder includes, for example, alumina and / or silica. Alternatively, the ceramic powder and other oxides or nitrides such. B. aluminum nitride or silicon nitride. The technology and the methods for producing the dielectric layer are described, for example, in the international applications WO 02/72495 A2 and WO 96/29447 A1 described.

1010
zentrales Flächenstückcentral patch
1212
laterales Flächenstücklateral patch
1414
äußeres Flächenstückouter surface piece
1616
elektrische Leiterbahnelectrical conductor path
1818
innere Zoneinner Zone
2020
äußere Zoneouter zone
PP
Phasenanschlussphase connection
NN
NullleiteranschlussNeutral connection

Claims (21)

Heizvorrichtung für ein Gargerät, die Folgendes aufweist: – eine Mehrzahl Flächenstücke (10, 12, 14) zum Erzeugen von Wärme aus elektrischem Strom; – elektrische Leiterbahnen (16) zur Stromversorgung der Flächenstücke (10, 12, 14), die nach einem vorbestimmten Schema mit den Flächenstücken (10, 12, 14) gekoppelt sind; und – eine dielektrische Schicht, an deren einer Seite die Leiterbahnen (16) und die Flächenstücke (10, 12, 14) angebracht sind und deren andere Seite für den direkten Kontakt mit einer Heizplatte vorgesehen ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenstücke (10, 12, 14) rechteckig ausgebildet sind und die elektrischen Leiterbahnen (16) mit den ganzen Stirnseiten der Flächenstücke (10, 12, 14) gekoppelt sind.Heating device for a cooking appliance, comprising: - a plurality of patches ( 10 . 12 . 14 ) for generating heat from electric power; - electrical conductors ( 16 ) for the power supply of the patches ( 10 . 12 . 14 ), which according to a predetermined scheme with the patches ( 10 . 12 . 14 ) are coupled; and - a dielectric layer, on one side of which the conductor tracks ( 16 ) and the patches ( 10 . 12 . 14 ) are mounted and the other side is provided for direct contact with a heating plate; characterized in that the patches ( 10 . 12 . 14 ) are rectangular and the electrical conductors ( 16 ) with the entire end faces of the patches ( 10 . 12 . 14 ) are coupled. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenstücke (10, 12, 14) im Wesentlichen aus Graphit hergestellt sind.Heating device according to claim 1, characterized in that the patches ( 10 . 12 . 14 ) are made essentially of graphite. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenstücke (10, 12, 14) einen Flächenwiderstand zwischen 5 und 200 Ohm aufweisen.Heating device according to claim 1 or 2, characterized in that the patches ( 10 . 12 . 14 ) have a sheet resistance between 5 and 200 ohms. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (16) aus Metall hergestellt sind.Heating device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the conductor tracks ( 16 ) are made of metal. Heizvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (16) aus Aluminium, Gold und/oder, Silber hergestellt sind.Heating device according to claim 4, characterized in that the conductor tracks ( 16 ) are made of aluminum, gold and / or silver. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (16) einen Flächenwiderstand von weniger als 200 Milliohm aufweisen.Heating device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the conductor tracks ( 16 ) have a sheet resistance of less than 200 milliohms. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht aus Keramikpulver und einer Sol-Gel-Lösung hergestellt ist.Heating device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the dielectric layer of ceramic powder and a sol-gel solution is made. Heizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikpulver ein oder mehrere Metalloxide, Metallnitride und/oder Metallkarbide umfasst.Heating device according to claim 7, characterized in that that the ceramic powder one or more metal oxides, metal nitrides and / or metal carbides. Heizvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sol-Gel-Lösung eine oder mehrere Siliziumverbindungen umfasst.Heating device according to claim 7 or 8, characterized that the sol-gel solution comprises one or more silicon compounds. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht auf einem Substrat aufgebracht ist.Heating device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the dielectric layer on a Substrate is applied. Heizvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht auf der Heizplatte aufgebracht ist.Heating device according to claim 10, characterized in that that the dielectric layer is applied to the heating plate. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung ein zentrales rechteckiges Flächenstück (10) und wenigstens zwei la terale rechteckige Flächenstücke (12) aufweist, die zueinander parallel und symmetrisch angeordnet sind.Heating device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the heating device, a central rectangular surface piece ( 10 ) and at least two la rectangular rectangular patches ( 12 ), which are mutually parallel and symmetrical. Heizvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale rechteckige Flächenstück (10) und die wenigstens zwei lateralen rechteckigen Flächenstücke (12) so bemessen und angeordnet sind, dass sie eine Kreisfläche (18) möglichst vollständig abdecken.Heating device according to claim 12, characterized in that the central rectangular surface piece ( 10 ) and the at least two lateral rectangular patches ( 12 ) are dimensioned and arranged such that they form a circular area ( 18 Cover as completely as possible. Heizvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die lateralen Flächenstücke (12) miteinander parallel und mit dem zentralen Flächenstück (10) in Reihe geschaltet sind.Heating device according to claim 12 or 13, characterized in that the lateral surface pieces ( 12 ) parallel to each other and with the central surface piece ( 10 ) are connected in series. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung eine Mehrzahl gleichartiger Flächenstücke (14) aufweist, die derart angeordnet sind, um eine Kreisringfläche (20) möglichst vollständig abzudecken.Heating device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the heating device a plurality of similar surface pieces ( 14 ) arranged in such a way as to form an annular surface ( 20 ) as completely as possible. Heizvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichartigen Flächenstücke (14) elektrisch in Reihe und/oder parallel miteinander verschaltet sind, wobei jede parallele Reihe stets die gleiche Anzahl Flächenstücke (14) aufweist.Heating device according to claim 15, characterized in that the similar surface pieces ( 14 ) are interconnected electrically in series and / or in parallel, each parallel row always having the same number of patches ( 14 ) having. Heizvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisringfläche (20) konzentrisch mit der Kreisfläche (18) angeordnet ist.Heating device according to claim 15 or 16, characterized in that the annular surface ( 20 ) concentric with the circular area ( 18 ) is arranged. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung eine Vielzahl konzentrischer Kreisringflächen (20) mit jeweils gleichartigen Flächenstücken (14) aufweist.Heating device according to one of claims 15 to 17, characterized in that the heating device has a plurality of concentric annular surfaces ( 20 ) each with similar surface pieces ( 14 ) having. Gargerät mit wenigstens einer Heizplatte und wenigstens einer Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18.Cooking appliance with at least one heating plate and at least one heating device according to one of the claims 1 to 18. Verfahren zum Herstellen der Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, das folgende Schritte umfasst: – Vermischen einer Sol-Gel-Lösung mit bis zu 90 Gew.% der Lösung eines elektrisch leitfähigen Pulvers zu einer stabilen Dispersion, wobei das elektrisch leitfähige Pulver aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Keramik, Metallen und Halbleitern besteht; – Aufbringen der Dispersion auf ein Substrat, um darauf eine Beschichtung herzustellen; und – Brennen des beschichteten Substrats bei einer Temperatur, die ausreicht, um sämtliche organische Bestandteile zu entfernen und zumindest stellenweise eine elektrisch leitfähige Schicht auf dem Substrat zu bilden; wobei das Substrat durch eine Heizplatte gebildet wird.Method for producing the heating device according to one of the claims 1 to 18, comprising the following steps: - Mixing a sol-gel solution with up to 90% by weight of the solution an electrically conductive Powder to a stable dispersion, wherein the electrically conductive powder is selected from a group, which consists of ceramics, metals and semiconductors; - Apply the dispersion on a substrate to produce a coating thereon; and - burning of the coated substrate at a temperature sufficient around all remove organic matter and at least in places an electrically conductive Layer on the substrate to form; wherein the substrate by a Heating plate is formed. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat durch ein Kochfeld gebildet wird.Method according to claim 20, characterized in that that the substrate is formed by a hob.
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